JP2005064948A - Antenna matching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナ整合装置に関し、例えば、携帯電話機等の無線通信装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to an antenna matching device, and is suitable for application to a wireless communication device such as a mobile phone.
図9は、従来の携帯電話機の構成を示す図である。この図において、筐体11は、筐体外部にヘリカルアンテナ12を備え、ヘリカルアンテナ12と筐体内部の整合回路13とが接続されている。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional mobile phone. In this figure, the housing 11 includes a helical antenna 12 outside the housing, and the helical antenna 12 and a
また、筐体内部において、整合回路13は切り替えスイッチ14を介して無線送信部15及び無線受信部16に接続されている。整合回路13は、通常、自由空間において、ヘリカルアンテナ12の入力インピーダンスが使用周波数で整合状態となるように決定される。
Further, the
図10は、図9に示した携帯電話機の人体近接時の一例を示す図である。ここでは、人体近接時として通話状態を表している。この状態のとき、ヘリカルアンテナ12の入力インピーダンスが大きく変化し、インピーダンス不整合が生じ、電力損失が増加する。この損失電力を抑えるため、ヘリカルアンテナ12の入力インピーダンスを自動整合する装置及びアルゴリズムがすでに発明されている(特許文献1参照)。
しかしながら、ヘリカルアンテナ装置が1つであること、また、ヘリカルアンテナ装置の周波数帯域が狭いことから、送信周波数と受信周波数が離れている場合は制御による収束時間が遅れる。また、送信周波数と受信周波数が離れており、かつ、送受信を同時に行う場合、送信又は受信のいずれかで不整合が生じ、通話品質が大幅に劣化するという問題がある。 However, since there is only one helical antenna device and the frequency band of the helical antenna device is narrow, the convergence time by control is delayed when the transmission frequency and the reception frequency are separated. Further, when the transmission frequency and the reception frequency are separated and transmission and reception are performed simultaneously, there is a problem that mismatch occurs in either transmission or reception, and the call quality is greatly deteriorated.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、携帯電話等に搭載されるアンテナ装置が、人体近接時に生じるインピーダンスの不整合を短時間で解消し、インピーダンスの不整合による電力損失を低減するアンテナ整合装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an antenna device mounted on a mobile phone or the like eliminates impedance mismatch occurring in the vicinity of a human body in a short time, and reduces power loss due to impedance mismatch. An object of the present invention is to provide an antenna matching device.
かかる課題を解決するため、本発明のアンテナ整合装置は、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子にそれぞれ接続され、インピーダンスの調整を行う整合手段と、前記アンテナ素子に給電したときに反射される信号、反射係数、電圧定在波比のうちいずれかを検出する第1検出手段と、前記アンテナ素子で受信された信号を検出する第2検出手段と、前記整合手段の制御情報を人体とアンテナ素子との距離に対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された制御情報を用いて、インピーダンス整合状態となるように前記整合手段を適応制御する制御手段と、を具備する構成を採る。 In order to solve such a problem, an antenna matching apparatus of the present invention includes a plurality of antenna elements, matching means connected to the antenna elements and adjusting impedance, and signals reflected when power is supplied to the antenna elements. First detection means for detecting any one of reflection coefficient and voltage standing wave ratio, second detection means for detecting a signal received by the antenna element, and control information of the matching means for human body and antenna element And a control means for adaptively controlling the matching means so as to be in an impedance matching state using the control information stored in the storage means. .
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記制御手段が、前記第1検出手段により検出された値が小さくなり、または、前記第2検出手段により検出された値が大きくなるように前記整合手段を適応制御する際、前記複数のアンテナ素子のうちいずれかについて適応制御処理を完了し、そのときの制御情報に対応する他の制御情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した制御情報を用いて、他のアンテナ素子の整合手段を適応制御する構成を採る。 In the antenna matching device of the present invention, in the above configuration, the control means causes the matching so that the value detected by the first detecting means becomes small or the value detected by the second detecting means becomes large. When adaptively controlling the means, the adaptive control processing is completed for any one of the plurality of antenna elements, and other control information corresponding to the control information at that time is read from the storage means, and the read control information is used. A configuration is adopted in which matching means of other antenna elements is adaptively controlled.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記制御手段が、前記第1検出手段によって検出された反射信号を含む関数の所定の乗数倍で表された送信用評価関数と、前記第2検出手段によって検出された受信信号を含む関数の所定の乗数倍で表された受信用評価関数とに基づいて、前記整合手段を適応制御する構成を採る。 In the antenna matching device according to the present invention, in the above configuration, the control unit includes a transmission evaluation function represented by a predetermined multiplier multiple of a function including the reflected signal detected by the first detection unit, and the second detection unit. A configuration is adopted in which the matching means is adaptively controlled based on a reception evaluation function expressed by a predetermined multiplier multiple of a function including the received signal detected by the means.
これらの構成によれば、第1検出手段及び第2検出手段では、インピーダンスが整合か不整合かを検出しており、通話状態など人体近接時にインピーダンスが不整合となっているときには、複数のアンテナのうちいずれかについて整合手段を適応制御することにより、インピーダンス整合状態とし、そのときの制御情報に対応する他の制御情報を用いて他のアンテナの整合手段を適応制御することにより、インピーダンス整合状態とするまでに要する時間を短縮することができ、インピーダンスの不整合による電力損失を低減することができる。 According to these configurations, the first detection means and the second detection means detect whether the impedance is matched or mismatched, and when the impedance is mismatched when the human body is in proximity, such as a call state, a plurality of antennas The impedance matching state is achieved by adaptively controlling the matching means for any of the above, and the impedance matching state is achieved by adaptively controlling the matching means of other antennas using other control information corresponding to the control information at that time. It is possible to shorten the time required until the power loss, and to reduce power loss due to impedance mismatch.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記記憶手段が、アンテナ素子が人体に近接しているときにインピーダンス整合状態となる制御情報と、アンテナ素子が人体に近接していないときにインピーダンス整合状態となる制御情報とを予め記憶し、前記制御手段が、前記記憶手段に記憶されたいずれかの制御情報を初期制御情報として適応制御処理を開始する構成を採る。 In the antenna matching device according to the present invention, in the above configuration, the storage means has impedance information matching control information that is in an impedance matching state when the antenna element is close to the human body, and impedance matching when the antenna element is not close to the human body. Control information to be in a state is stored in advance, and the control unit starts the adaptive control process using any of the control information stored in the storage unit as initial control information.
この構成によれば、アンテナ素子が人体に近接しているか否かに応じて、初期制御情報を選択的に用いることにより、インピーダンスのずれが小さい状態で適応制御処理を開始することになり、インピーダンス整合状態とするまでに要する時間を短縮することができる。 According to this configuration, depending on whether or not the antenna element is close to the human body, the adaptive control process is started in a state where the deviation of impedance is small by selectively using the initial control information. It is possible to reduce the time required to achieve the alignment state.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、アンテナ素子が人体に近接しているか否かの情報がユーザにより前記制御手段に入力される入力手段を具備する構成を採る。 The antenna matching apparatus according to the present invention employs a configuration in which, in the above configuration, an input unit that inputs information on whether or not the antenna element is close to the human body is input to the control unit by the user.
この構成によれば、アンテナ素子が人体に近接しているか否かの情報がユーザにより入力される入力手段を設けることにより、アンテナ素子が人体に近接しているか否かを判断するための回路を設ける必要がなく、簡易な回路構成とすることができる。 According to this configuration, the circuit for determining whether or not the antenna element is close to the human body by providing the input means for inputting information on whether or not the antenna element is close to the human body by the user. There is no need to provide it, and a simple circuit configuration can be obtained.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記整合手段を可変容量コンデンサとし、制御情報を当該可変容量コンデンサの容量値とする構成を採る。 The antenna matching device of the present invention employs a configuration in which the matching means is a variable capacitor and the control information is a capacitance value of the variable capacitor.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記整合手段を可変容量ダイオードとし、制御情報を当該可変容量ダイオードに印加する制御電圧とする構成を採る。 The antenna matching device according to the present invention employs a configuration in which, in the above configuration, the matching means is a variable capacitance diode, and control information is a control voltage applied to the variable capacitance diode.
これらの構成によれば、整合手段を可変容量コンデンサや可変容量ダイオードとし、容量値や制御電圧でそれぞれ制御することにより、インピーダンス整合状態とすることができる。 According to these configurations, the matching means can be a variable capacitance capacitor or a variable capacitance diode, and can be brought into an impedance matching state by being controlled by a capacitance value or a control voltage.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記整合手段が、容量の異なる複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタを選択的に切り替えるスイッチ手段と、を具備する構成を採る。 The antenna matching device according to the present invention employs a configuration in which the matching unit includes a plurality of capacitors having different capacities and a switch unit that selectively switches the plurality of capacitors in the above configuration.
この構成によれば、容量の異なる複数のキャパシタを選択的に切り替えることにより、インピーダンス整合状態とすることができる。 According to this configuration, an impedance matching state can be achieved by selectively switching a plurality of capacitors having different capacitances.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記アンテナ素子はそれぞれ異なる共振周波数を有する構成を採る。 The antenna matching device of the present invention employs a configuration in which the antenna elements have different resonance frequencies in the above configuration.
この構成によれば、アンテナ素子の共振周波数をそれぞれ送信周波数、受信周波数に設定しておけば、送信と受信の周波数が異なる場合でも、インピーダンス整合状態とするまでに要する時間を短縮することができ、インピーダンスの不整合による電力損失を低減することができる。 According to this configuration, if the resonance frequency of the antenna element is set to the transmission frequency and the reception frequency, respectively, the time required to establish the impedance matching state can be shortened even when the transmission and reception frequencies are different. , Power loss due to impedance mismatch can be reduced.
本発明のアンテナ整合装置は、上記構成において、前記制御手段が、送信スロット及び受信スロット以外のタイミングスロット内で適応制御処理を行う構成を採る。 The antenna matching apparatus of the present invention employs a configuration in which, in the above configuration, the control means performs adaptive control processing in a timing slot other than the transmission slot and the reception slot.
この構成によれば、送信スロット及び受信スロットで適応制御処理を行う場合に比べ、通話品質に与える影響を低減することができると共に、適応制御処理を高速に行う必要性が低いので、演算に要する処理負担を低減することができる。 According to this configuration, the influence on the call quality can be reduced and the necessity for performing the adaptive control process at a high speed is low as compared with the case where the adaptive control process is performed in the transmission slot and the reception slot. The processing burden can be reduced.
以上説明したように、本発明によれば、複数のアンテナ素子にそれぞれ接続されたインピーダンス調整用の整合手段と、インピーダンス整合状態となるように整合手段を制御する情報をアンテナ素子と人体との距離に対応させて予めテーブルに用意し、複数のアンテナ素子のうちいずれかについて適応制御処理をした後、そのときの制御情報に対応する他の整合手段の制御情報をテーブルから読み出し、読み出した制御情報を用いて他の整合手段の適応制御を開始することにより、携帯電話等に搭載されるアンテナ装置が、人体近接時に生じるインピーダンスの不整合を短時間で解消し、インピーダンスの不整合による電力損失を低減することができる。 As described above, according to the present invention, the impedance adjustment matching means connected to each of the plurality of antenna elements and the information for controlling the matching means so as to be in the impedance matching state are the distance between the antenna elements and the human body. Prepared in advance in the table, and after performing adaptive control processing on any of the plurality of antenna elements, the control information of other matching means corresponding to the control information at that time is read from the table, and the read control information By starting the adaptive control of other matching means using the antenna, the antenna device mounted on the mobile phone or the like can quickly eliminate the impedance mismatch that occurs when the human body is in proximity and reduce the power loss due to the impedance mismatch. Can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ整合装置の構成を示すブロック図である。この図において、送信用アンテナ素子TA1の一端は、可変容量コンデンサVC1を介して導体からなる無線機筐体B1に接続されると共に、可変容量コンデンサVC2を介して不平衡型給電線路である同軸ケーブルCA1の中心導体に接続される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the antenna matching apparatus according to
受信用アンテナ素子RA1の一端は、可変容量コンデンサVC3を介して無線機筐体B1に接続されると共に、可変容量コンデンサVC4を介して同軸ケーブルCA2の中心導体に接続される。なお、同軸ケーブルCA1及びCA2の接地導体は無線機筐体B1に接続される。また、同軸ケーブルCA1、CA2の中心導体はそれぞれ反射電力検出部102、受信電力検出部103に接続される。なお、可変容量コンデンサVC1〜VC4は整合手段として機能する。
One end of the receiving antenna element RA1 is connected to the radio housing B1 via the variable capacitor VC3, and is connected to the center conductor of the coaxial cable CA2 via the variable capacitor VC4. Note that the ground conductors of the coaxial cables CA1 and CA2 are connected to the radio housing B1. The central conductors of the coaxial cables CA1 and CA2 are connected to the reflected
無線送信部101は、通信相手に送信する信号に符号化、変調、D/A変換等の送信処理を行い、送信処理後の信号を反射電力検出部102を介して送信用アンテナ素子TA1から送信用周波数ftの電波として送信する。
The
反射電力検出部102は、送信用アンテナ素子TA1について、インピーダンスの不整合を生じていると、不整合を生じている部分で反射が起こり、その反射信号の電力を検出する。検出値は適応制御部105に出力される。
When there is an impedance mismatch in the transmitting antenna element TA1, the
受信電力検出部103は、受信用アンテナ素子RA1で受信した信号の電力を検出し、検出した値(検出値)を適応制御部105に出力する。
The reception
無線受信部104は、受信用アンテナ素子RA1で受信された信号にA/D変換、復調、復号等の受信処理を行う。
The
記憶部106は、人体とアンテナ素子との距離に応じて可変容量コンデンサの容量値(制御情報)が予め記憶されている。また、可変容量コンデンサVC1〜VC4の初期値が記憶されている。
The
適応制御部105は、反射電力検出部102から出力された反射電力の検出値を測定し、測定結果に基づいて、記憶部106から容量値を読み出し、読み出した容量値を初期値として反射電力が最小となるように可変容量コンデンサVC1及びVC2を適応的に制御する。また、受信電力検出部103から出力された受信電力の検出値を測定し、測定結果に基づいて、可変容量コンデンサVC3及びVC4を適応的に制御する。
The
これにより、送信用アンテナ素子TA1及び受信用アンテナ素子RA1について、インピーダンス整合をとることができる。 Thereby, impedance matching can be achieved for the transmitting antenna element TA1 and the receiving antenna element RA1.
ここで、記憶部106についてさらに具体的に説明する。図2は、記憶部106に記憶されたテーブルを示す図である。この図において、人体とアンテナ素子との距離をdj(1<=j<=m)とし、送信用アンテナ素子TA1に接続された可変容量コンデンサVC1、VC2のそれぞれの容量をdjに対応させてCptj,Cstjとしている。また、受信用アンテナ素子RA1に接続された可変容量コンデンサVC3、VC4のそれぞれの容量をdjに対応させてCprj,Csrjとしている。ここに示された各容量値は、対応する人体とアンテナ素子との距離においてインピーダンス整合状態となる値が予め用意されており、各可変容量コンデンサの容量値は互いに対応付けて記憶されている。
Here, the
次に、適応制御部105における処理手順について説明する。図3は、本発明の実施の形態における適応制御部105の処理手順を示すフロー図である。この図において、ステップ(以下、「ST」と略す)301では、カウンタnを初期化し、n=1とする。ST302では、送信初期値を設定する。なお、yt(n)={gt(n)}qを送信用評価関数とし、以下のような設定を行う。
(1)初期値yt0を評価関数値yt(0)に代入する。
(2)可変容量コンデンサVC1の容量初期値Cpt0を容量値Cpt(0)に代入する。
(3)可変容量コンデンサVC2の容量初期値Cst0を容量値Cst(0)に代入する。
(4)n=1における所定の容量値Cpt1を容量値Cpt(1)に代入し、可変容量コンデンサVC1の容量値をCpt1にする。
(5)n=1における所定の容量値Cst1を容量値Cst(1)に代入し、可変容量コンデンサVC2の容量値をCst1にする。
Next, a processing procedure in the
(1) Substitute the initial value yt0 into the evaluation function value yt (0).
(2) The capacitance initial value Cpt0 of the variable capacitor VC1 is substituted into the capacitance value Cpt (0).
(3) Substitute the capacitance initial value Cst0 of the variable capacitor VC2 into the capacitance value Cst (0).
(4) The predetermined capacitance value Cpt1 at n = 1 is substituted into the capacitance value Cpt (1), and the capacitance value of the variable capacitor VC1 is set to Cpt1.
(5) The predetermined capacitance value Cst1 at n = 1 is substituted into the capacitance value Cst (1), and the capacitance value of the variable capacitor VC2 is set to Cst1.
ST303では、反射電力検出部102で検出された検出値gtを測定し、測定して得られた値をgt(1)に代入する。ST304では、ST303で得られたgt(1)を上記送信用評価関数に代入し、yt(1)を計算する。
In ST303, the detection value gt detected by the reflected
ST305では、Δyt及びΔCit(n)(i=p,s)を以下の式により算出する。 In ST305, Δyt and ΔCit (n) (i = p, s) are calculated by the following equations.
Δyt=yt(n−1)−yt(n)・・・(1)
ΔCit(n)=Cit(n−1)−Cit(n)(i=p、s)・・(2)
Δyt = yt (n−1) −yt (n) (1)
ΔCit (n) = Cit (n−1) −Cit (n) (i = p, s) (2)
ST306では、ST305で求められた値を用いて、次式によりCit(n+1)(i=p、s)を算出する。
Cit(n+1)=Cit(n)+{Δyt/ΔCit(n)}×δ(i=p、s)・・・(3)
ここで、δはサンプル(検出値gt)を更新する間隔(周期)であり、送信用評価関数の値が収束する速度と収束後の残差によって予め決定される値である。
In ST306, Cit (n + 1) (i = p, s) is calculated by the following equation using the value obtained in ST305.
Cit (n + 1) = Cit (n) + {Δyt / ΔCit (n)} × δ (i = p, s) (3)
Here, δ is an interval (period) at which the sample (detection value gt) is updated, and is a value determined in advance by the speed at which the value of the transmission evaluation function converges and the residual after convergence.
ST307では、ST306で算出されたCit(n+1)となるように可変容量コンデンサVC1及びVC2を制御する。 In ST307, the variable capacitors VC1 and VC2 are controlled to be Cit (n + 1) calculated in ST306.
ST308では、ST307でCit(n+1)に容量が制御されたことにより、yt(n+1)を求め、yt(n+1)とyt(n)との大小比較を行う。yt(n+1)<yt(n)であればST309に移行し、yt(n+1)>=yt(n)であればST310に移行する。yt(n+1)の算出方法にしたがい、繰り返し回数(カウンタn)を増やしていくと、yt(n+1)>=yt(n)となるnがあり、このときyt(n)が最小となる。すなわち、反射信号検出値gt(n)が最小となる。yt(n)が最小と判定されるまで、ST305からST307の処理が繰り返される。yt(n)が最小となったとき、すなわち、反射信号検出値gt(n)が最小となったとき、送信用アンテナ素子TA1についてはインピーダンス整合状態となる。 In ST308, the capacity is controlled to Cit (n + 1) in ST307, so that yt (n + 1) is obtained, and yt (n + 1) and yt (n) are compared in size. If yt (n + 1) <yt (n), the process proceeds to ST309, and if yt (n + 1)> = yt (n), the process proceeds to ST310. When the number of repetitions (counter n) is increased according to the calculation method of yt (n + 1), there is n where yt (n + 1)> = yt (n), and at this time, yt (n) is minimized. That is, the reflected signal detection value gt (n) is minimized. Until it is determined that yt (n) is the minimum, the processing from ST305 to ST307 is repeated. When yt (n) is minimized, that is, when the reflected signal detection value gt (n) is minimized, the transmitting antenna element TA1 is in an impedance matching state.
ST309では、カウンタnをインクリメントし、ST305に戻る。 In ST309, the counter n is incremented, and the process returns to ST305.
ST310では、ST308でインピーダンス整合状態となったCit(n)となるように可変容量コンデンサVC1及びVC2を制御する。 In ST310, the variable capacitors VC1 and VC2 are controlled so as to be Cit (n) that is in the impedance matching state in ST308.
ST311では、図2に示したテーブルに基づいて、Cit=Citj=Cit(n)(i=p,s)と対応する距離djが共通するCirj(i=p,s)を読み出し、ST312に移行する。 In ST311, based on the table shown in FIG. 2, Cirj (i = p, s) having a common distance dj corresponding to Cit = Citj = Cit (n) (i = p, s) is read, and the process proceeds to ST312. To do.
以下、受信用アンテナ素子RA1について適応制御を行う。ST312では、カウンタnを初期化し、n=1とする。ST313では、受信初期値を設定する。なお、yr(n)={gr(n)}qを受信用評価関数とし、ST311でテーブルから読み出した値を用いて、以下のような設定を行う。
(1)初期値yr0を評価関数yr(0)に代入する。
(2)可変容量コンデンサVC3の容量初期値Cprjを容量値Cpr(0)に代入する。
(3)可変容量コンデンサVC4の容量初期値Csrjを容量値Csr(0)に代入する。
(4)n=1における所定の容量値Cpr1を容量値Cpr(1)に代入し、可変容量コンデンサVC3の容量値をCpr1にする。
(5)n=1における所定の容量値Csr1を容量値Csr(1)に代入し、可変容量コンデンサVC4の容量値をCsr1にする。
Hereinafter, adaptive control is performed for the receiving antenna element RA1. In ST312, the counter n is initialized and n = 1. In ST313, a reception initial value is set. Note that yr (n) = {gr (n)} q is a reception evaluation function, and the following settings are made using the values read from the table in ST311.
(1) Substitute the initial value yr0 into the evaluation function yr (0).
(2) Substitute the capacitance initial value Cprj of the variable capacitor VC3 into the capacitance value Cpr (0).
(3) Substitute the capacitance initial value Csrj of the variable capacitor VC4 into the capacitance value Csr (0).
(4) The predetermined capacitance value Cpr1 at n = 1 is substituted into the capacitance value Cpr (1), and the capacitance value of the variable capacitor VC3 is set to Cpr1.
(5) The predetermined capacitance value Csr1 at n = 1 is substituted into the capacitance value Csr (1), and the capacitance value of the variable capacitor VC4 is set to Csr1.
このように、送信用アンテナ素子TA1について、インピーダンス整合状態としたときのCitjに対応するCirjを受信用アンテナ素子RA1の適応制御の初期値とすることにより、受信用アンテナ素子RA1について、インピーダンス整合状態とするまでに要する時間を短縮することができる。 Thus, by setting Cirj corresponding to Citj in the impedance matching state for the transmitting antenna element TA1 as the initial value of adaptive control of the receiving antenna element RA1, the impedance matching state for the receiving antenna element RA1. It is possible to shorten the time required until
ST314では、受信電力検出部103で検出された検出値grを測定し、測定して得られた値をgr(1)に代入する。ST315では、ST314で得られたgr(1)を上記受信用評価関数に代入し、yr(1)を計算する。
In ST314, the detection value gr detected by the reception
ST316では、Δyr及びΔCir(n)(i=p,s)を以下の式により算出する。 In ST316, Δyr and ΔCir (n) (i = p, s) are calculated by the following equations.
Δyr=yr(n−1)−yr(n)・・・(4)
ΔCir(n)=Cir(n−1)−Cir(n)(i=p,s)・・(5)
Δyr = yr (n−1) −yr (n) (4)
ΔCir (n) = Cir (n−1) −Cir (n) (i = p, s) (5)
ST317では、ST316で求められた値を用いて、次式によりCir(n+1)(i=p,s)を算出する。
Cir(n+1)=Cir(n)+{Δyr/ΔCir(n)}×δ(i=p,s)・・・(6)
In ST317, Cir (n + 1) (i = p, s) is calculated by the following equation using the value obtained in ST316.
Cir (n + 1) = Cir (n) + {Δyr / ΔCir (n)} × δ (i = p, s) (6)
ST318では、ST317で算出されたCir(n+1)となるように、可変容量コンデンサVC3及びVC4を制御する。 In ST318, the variable capacitors VC3 and VC4 are controlled so as to be Cir (n + 1) calculated in ST317.
ST319では、ST317でCir(n+1)に容量が制御されたことによりyr(n+1)を求め、yr(n+1)とyr(n)との大小比較を行う。yr(n+1)>yr(n)であればST320に移行し、yr(n+1)<=yr(n)であれば、受信用評価関数の値が収束したとして、ST321に移行する。ここで、yr(n+1)の算出の方法にしたがい、繰り返しの回数(カウンタn)を増やしていくと、yr(n+1)<=yr(n)となるnがあり、このときyr(n)が最大となる。すなわち、受信信号検出値gr(n)が最大となる。yr(n)が最大と判定されるまで、ST316からST318の処理が繰り返される。yr(n)が最大となったとき、すなわち、受信信号検出値gr(n)が最大となったとき、受信用アンテナ素子RA1についてはインピーダンス整合状態となる。 In ST319, yr (n + 1) is obtained by controlling the capacity to Cir (n + 1) in ST317, and yr (n + 1) and yr (n) are compared in size. If yr (n + 1)> yr (n), the process proceeds to ST320. If yr (n + 1) <= yr (n), the value of the reception evaluation function has converged, and the process proceeds to ST321. Here, according to the calculation method of yr (n + 1), when the number of repetitions (counter n) is increased, there is n where yr (n + 1) <= yr (n). At this time, yr (n) is Maximum. That is, the received signal detection value gr (n) is maximized. Until it is determined that yr (n) is the maximum, the processing from ST316 to ST318 is repeated. When yr (n) is maximized, that is, when the received signal detection value gr (n) is maximized, the receiving antenna element RA1 is in an impedance matching state.
ST320では、カウンタnをインクリメントし、ST316に戻る。 In ST320, the counter n is incremented, and the process returns to ST316.
ST321では、ST319でインピーダンス整合状態となったCir(n)となるように、可変容量コンデンサVC3及びVC4を制御する。受信用アンテナ素子RA1についての適応制御は終了になり、適応制御処理を完了する。 In ST321, the variable capacitors VC3 and VC4 are controlled so as to be Cir (n) that has been in the impedance matching state in ST319. The adaptive control for the receiving antenna element RA1 ends, and the adaptive control process is completed.
このように、適応制御部105による処理を行うことにより、最終的な容量Cpt(n)、Cst(n)、Cpr(n)、Csr(n)が求められ、このとき、インピーダンス整合状態になる。これにより、通話状態などの人体近接時において、インピーダンスのずれを補正し、不整合損による電力損失を低減することができると共に、良好な通話品質を確保することができる。
As described above, by performing the processing by the
なお、上述した説明では、適応制御部105の処理手順を送信用アンテナ素子TA1に接続された可変容量コンデンサVC1、VC2の制御を行った後に、受信用アンテナ素子RA1に接続された可変容量コンデンサVC3、VC4の制御を行う場合について述べたが、図4のST401〜ST411に示すように、受信用アンテナ素子RA1に接続された可変容量コンデンサVC3及びVC4の制御を行った後に、ST412〜ST421で送信用アンテナ素子TA1に接続された可変容量コンデンサVC1及びVC2の制御を行ってもよい。すなわち、適応制御部105は、受信時又は送信時にかかわらず適応制御処理を開始することができる。
In the above description, the variable control capacitor VC3 connected to the receiving antenna element RA1 is performed after the processing procedure of the
図5は、送受信タイミングスロットを示した模式図である。この図において、タイミングスロットは、アイドルスロット501、受信スロット502、送信スロット503の順に構成されている。上述した適応制御処理は、受信スロット502及び送信スロット503で行うことは言うまでもないが、アイドルスロット501で行ってもよい。アイドルスロット501は、制御信号の送受信に用いられるスロットであり、アイドルスロット501で適応制御処理を行う場合、送受信スロットのように通話品質を高く確保する必要がないので、適応制御処理を高速に行わなくてもよい。このため、演算に要する処理負担を低減することができる。 FIG. 5 is a schematic diagram showing transmission / reception timing slots. In this figure, the timing slots are configured in the order of an idle slot 501, a reception slot 502, and a transmission slot 503. It goes without saying that the adaptive control process described above is performed in the reception slot 502 and the transmission slot 503, but may be performed in the idle slot 501. The idle slot 501 is a slot used for transmission / reception of control signals. When adaptive control processing is performed in the idle slot 501, there is no need to ensure high call quality unlike the transmission / reception slot, so adaptive control processing is performed at high speed. It does not have to be. For this reason, it is possible to reduce the processing load required for the calculation.
このように本実施の形態によれば、送信用アンテナ素子と受信用アンテナ素子にインピーダンス調整用の可変容量コンデンサがそれぞれ接続され、インピーダンス整合状態となる各可変容量コンデンサの容量値をアンテナ素子と人体との距離に対応させて予めテーブルに用意し、送信用アンテナ素子又は受信用アンテナ素子のいずれかについて適応制御処理を終わらせ、そのときの容量値に対応する他の容量値をテーブルから読み出し、読み出した値を初期値として、他のアンテナ素子について適応制御処理を行うことにより、アンテナ素子と人体との距離が変動し、インピーダンスのずれが生じた場合でも、短時間でインピーダンス整合状態とすることができるので、インピーダンスの不整合による電力損失を低減し、良好な通話品質を確保することができる。 As described above, according to the present embodiment, a variable capacitor for impedance adjustment is connected to each of the transmitting antenna element and the receiving antenna element, and the capacitance value of each variable capacitor that is in an impedance matching state is determined between the antenna element and the human body. Prepared in advance in a table corresponding to the distance between and the adaptive control processing for either the transmitting antenna element or the receiving antenna element is completed, and the other capacitance value corresponding to the capacitance value at that time is read from the table, By performing adaptive control processing for other antenna elements with the read value as the initial value, even if the distance between the antenna element and the human body fluctuates and an impedance shift occurs, an impedance matching state can be achieved in a short time. Power loss due to impedance mismatch, ensuring good call quality. It can be.
(実施の形態2)
実施の形態1では、可変容量コンデンサの容量値を制御してインピーダンス整合を実現する場合について説明したが、本実施の形態では、可変容量ダイオードに印加する電圧を制御してインピーダンス整合を実現する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the impedance matching is realized by controlling the capacitance value of the variable capacitor has been described. However, in this embodiment, the impedance matching is realized by controlling the voltage applied to the variable capacitance diode. Will be described.
図6は、本発明の実施の形態2に係るアンテナ整合装置の構成を示すブロック図である。ただし、図6が図1と共通する部分は、図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。 FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the antenna matching apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. However, the parts in FIG. 6 that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
送信用アンテナ素子TA1の一端は、接続点P1で可変容量ダイオードVD1のカソードと接続され、可変容量ダイオードVD1のアノードが、接続点P31に接続された高周波阻止用インダクタL1を介して無線機筐体B1に接続されている。 One end of the transmitting antenna element TA1 is connected to the cathode of the variable capacitance diode VD1 at the connection point P1, and the anode of the variable capacitance diode VD1 is connected to the wireless device case via the high frequency blocking inductor L1 connected to the connection point P31. Connected to B1.
また、送信用アンテナ素子TA1の一端は、接続点P1で高周波阻止用インダクタL2と接続され、高周波阻止用インダクタL2は適応制御部603の制御電圧Vptの出力端子に接続されている。
One end of the transmitting antenna element TA1 is connected to the high frequency blocking inductor L2 at the connection point P1, and the high frequency blocking inductor L2 is connected to the output terminal of the control voltage Vpt of the
さらに、送信用アンテナ素子TA1の一端は、接続点P1で直流電圧阻止用キャパシタC1が接続され、直流電圧阻止用キャパシタC1は、接続点P11で可変容量ダイオードVD2のカソードと、高周波阻止用インダクタL3を介して適応制御部603の制御電圧Vstの出力端子に接続されている。
Further, one end of the transmitting antenna element TA1 is connected to the DC voltage blocking capacitor C1 at the connection point P1, and the DC voltage blocking capacitor C1 is connected to the cathode of the variable capacitance diode VD2 and the high frequency blocking inductor L3 at the connection point P11. Is connected to the output terminal of the control voltage Vst of the
可変容量ダイオードVD2のアノードは、接続点P12で直流電圧阻止用キャパシタC2を介して同軸ケーブルCA1の中心導体に接続され、また、高周波阻止用インダクタL4を介して無線機筐体B1に接続されている。 The anode of the variable capacitance diode VD2 is connected to the central conductor of the coaxial cable CA1 via the DC voltage blocking capacitor C2 at the connection point P12, and is connected to the radio equipment case B1 via the high frequency blocking inductor L4. Yes.
受信用アンテナ素子RA1の一端は、接続点P2で可変容量ダイオードVD3のカソードと接続され、可変容量ダイオードVD3のアノードが、接続点P32に接続された高周波阻止用インダクタL5を介して無線機筐体B1に接続されている。 One end of the receiving antenna element RA1 is connected to the cathode of the variable capacitance diode VD3 at the connection point P2, and the anode of the variable capacitance diode VD3 is connected to the wireless device case via the high frequency blocking inductor L5 connected to the connection point P32. Connected to B1.
また、受信用アンテナ素子RA1の一端は、接続点P2で高周波阻止用インダクタL6と接続され、高周波阻止用インダクタL6は適応制御部603の制御電圧Vprの出力端子に接続されている。
One end of the receiving antenna element RA1 is connected to the high frequency blocking inductor L6 at the connection point P2, and the high frequency blocking inductor L6 is connected to the output terminal of the control voltage Vpr of the
さらに、受信用アンテナ素子RA1の一端は、接続点P2で直流電圧阻止用キャパシタC3が接続され、直流電圧阻止用キャパシタC3は、接続点P21で可変容量ダイオードVD4のカソードと、高周波阻止用インダクタL7を介して適応制御部603の制御電圧Vsrの出力端子に接続されている。なお、ここでは、制御電圧が制御情報に相当する。
Further, one end of the receiving antenna element RA1 is connected to the DC voltage blocking capacitor C3 at the connection point P2, and the DC voltage blocking capacitor C3 is connected to the cathode of the variable capacitance diode VD4 and the high frequency blocking inductor L7 at the connection point P21. To the output terminal of the control voltage Vsr of the
可変容量ダイオードVD4のアノードは、接続点P22で直流電圧阻止用キャパシタC4を介して同軸ケーブルCA2の中心導体に接続され、また、高周波阻止用インダクタL8を介して無線機筐体B1に接続されている。 The anode of the variable capacitance diode VD4 is connected to the central conductor of the coaxial cable CA2 via the DC voltage blocking capacitor C4 at the connection point P22, and is connected to the radio equipment case B1 via the high frequency blocking inductor L8. Yes.
記憶部601は、アンテナ素子が人体に近接しているときにインピーダンス整合状態となる制御電圧(Vpt,Vst,Vpr,Vsr)と、アンテナ素子が人体に近接していない状態でインピーダンス整合状態となる制御電圧(Vpt,Vst,Vpr,Vsr)とを初期値として記憶している。また、図2に示した容量値を制御電圧に変えたテーブルを記憶している。
The
入力部602はスイッチやボタン等を備え、ユーザがスイッチを切り替えることにより、人体に近接している状態か人体に近接していない状態かを適応制御部603に通知する。これにより、アンテナ素子が人体に近接しているか否かを判断するための回路を設ける必要がなく、簡易な回路構成とすることができる。
The
適応制御部603は、入力部602から通知された内容に応じて、記憶部601に記憶された制御電圧を読み出し、読み出した制御電圧を初期値として適応制御に用いる。
The
これにより、適応制御によりインピーダンス整合状態となったときの制御電圧と、初期値との差を小さくしておくことになり、インピーダンス整合状態となるまでに要する時間を短縮することができる。このため、安定な通話品質を確保することができる。 As a result, the difference between the control voltage when the impedance matching state is achieved by adaptive control and the initial value is reduced, and the time required until the impedance matching state is reached can be shortened. For this reason, stable call quality can be ensured.
なお、適応制御部603における処理は、実施の形態1で説明した容量値を制御電圧に変えるのみで、その他の処理は実施の形態1と同様なので、その詳しい説明は省略する。
Note that the processing in the
このように本実施の形態によれば、アンテナ素子が人体に近接しているときにインピーダンス整合状態となる制御電圧と、アンテナ素子が人体に近接していないときにインピーダンス整合状態となる制御電圧とをそれぞれ初期値として予め用意し、アンテナ素子が人体に近接しているか否かに応じて初期値を選択し、選択した初期値を用いて適応制御処理を行うことにより、インピーダンス整合状態となるまでに要する時間を短縮することができると共に、安定な通話品質を確保することができる。 As described above, according to the present embodiment, the control voltage that is in the impedance matching state when the antenna element is close to the human body, and the control voltage that is in the impedance matching state when the antenna element is not close to the human body, Are prepared in advance as initial values, the initial value is selected according to whether or not the antenna element is close to the human body, and adaptive control processing is performed using the selected initial value until the impedance matching state is achieved. Can be shortened and stable call quality can be ensured.
(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3に係るアンテナ整合装置の構成を示すブロック図である。ただし、図7が図1と共通する部分は、図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an antenna matching apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. However, the parts in FIG. 7 that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as those in FIG.
送信用アンテナ素子TA1aの一端は、可変容量コンデンサVC1aを介して導体からなる無線機筐体B1に接続され、また、可変容量コンデンサVC2aを介して不平衡型給電線路である同軸ケーブルCA1aの中心導体に接続されている。なお、同軸ケーブルCA1aの接地導体は無線機筐体B1に接続されている。また、同軸ケーブルCA1aの中心導体は反射電力検出部102aに接続されている。
One end of the transmitting antenna element TA1a is connected to a radio housing B1 made of a conductor via a variable capacitor VC1a, and a central conductor of a coaxial cable CA1a that is an unbalanced feed line via a variable capacitor VC2a. It is connected to the. Note that the ground conductor of the coaxial cable CA1a is connected to the radio housing B1. The central conductor of the coaxial cable CA1a is connected to the reflected
受信用アンテナ素子RA1aの一端は、可変容量コンデンサVC3aを介して導体からなる無線機筐体B1に接続され、また、可変容量コンデンサVC4aを介して不平衡型給電線路である同軸ケーブルCA2aの中心導体に接続されている。なお、同軸ケーブルCA2aの接地導体は無線機筐体B1に接続されている。同軸ケーブルCA2aの中心導体は受信電力検出部103aに接続されている。
One end of the receiving antenna element RA1a is connected to a radio housing B1 made of a conductor via a variable capacitor VC3a, and a central conductor of a coaxial cable CA2a that is an unbalanced feed line via a variable capacitor VC4a. It is connected to the. Note that the ground conductor of the coaxial cable CA2a is connected to the radio housing B1. The central conductor of the coaxial cable CA2a is connected to the received
無線送信部101aは無線送信部101と、反射電力検出部102aは反射電力検出部102とそれぞれ同じ構成であり、受信電力検出部103aは受信電力検出部103と、受信無線部104aは受信無線部104とそれぞれ同じ構成である。なお、反射電力検出部102aが検出した値をgtaとし、受信電力検出部103aが検出した値をgraとする。また、送信用アンテナ素子TA1と受信用アンテナ素子RA1との組合せが用いる周波数帯と、送信用アンテナ素子TA1aと受信用アンテナ素子RA1aとの組合せが用いる周波数帯とは異なるものとする。
The
記憶部701は、送信用アンテナ素子TA1及びTA1aに接続された可変容量コンデンサの容量値と、受信用アンテナ素子RA1及びRA1aに接続された可変容量コンデンサの容量値とが、アンテナ素子と人体との距離に対応付けて記憶されている。また、各可変容量コンデンサの容量初期値が記憶されている。
The
適応制御部702は、反射電力検出部102及び102aで検出された検出値gt及びgtaを測定し、測定結果に基づいて、記憶部701から容量値を読み出し、読み出した容量値を初期値として反射電力が最小となるように可変容量コンデンサを適応的に制御する。また、受信電力検出部103及び103aで検出された検出値gr及びgraを測定し、測定結果に基づいて、記憶部701から容量値を読み出し、読み出した値を初期値として受信電力が最大となるように可変容量コンデンサを適応的に制御する。
The
このように本実施の形態によれば、送信用アンテナ素子と受信用アンテナ素子との組を複数設け、それぞれの組が異なる周波数に対応する場合において、アンテナ素子と人体との距離が変動し、インピーダンスのずれが生じた場合でも、短時間でインピーダンス整合状態とすることができるので、インピーダンスの不整合による電力損失を低減し、良好な通話品質を確保することができる。 As described above, according to the present embodiment, when a plurality of sets of transmitting antenna elements and receiving antenna elements are provided and each set corresponds to a different frequency, the distance between the antenna element and the human body varies, Even when an impedance deviation occurs, the impedance matching state can be achieved in a short time, so that power loss due to impedance mismatching can be reduced and good call quality can be ensured.
(他の実施の形態)
図8は、本発明の他の実施の形態に係るアンテナ整合装置を示す構成図である。ただし、図8が図1と共通する部分は、図1と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。図8が図1と異なる点は、可変容量コンデンサを複数のキャパシタと切り替えスイッチとを備える容量切替部に変更した点である。
(Other embodiments)
FIG. 8 is a block diagram showing an antenna matching apparatus according to another embodiment of the present invention. However, the parts in FIG. 8 common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. FIG. 8 differs from FIG. 1 in that the variable capacitor is changed to a capacitance switching unit including a plurality of capacitors and a changeover switch.
整合手段としての容量切替部801は、異なる容量値Cpt1〜CptNのキャパシタを複数備えており、切替スイッチを制御することにより接続するキャパシタを切り替える。なお、容量切替部802〜804も同様である。
The
本実施の形態は、上述した実施の形態1〜3に適応することができ、容量切替部801〜804は適応制御部によって制御される。
The present embodiment can be applied to the above-described first to third embodiments, and the
なお、上述した各実施の形態において、アンテナ素子はヘリカルアンテナを用いても、ホイップアンテナを用いてもよい。また、それぞれのアンテナ素子は異なる共振周波数を有していてもよい。 In each of the embodiments described above, the antenna element may be a helical antenna or a whip antenna. Each antenna element may have a different resonance frequency.
また、上述した各実施の形態において、反射電力検出部は反射信号の電力を検出したが、本発明はこれに限らず、反射信号、反射係数、電圧定在波比のいずれかを検出するようにしてもよい。 In each of the embodiments described above, the reflected power detection unit detects the power of the reflected signal. However, the present invention is not limited to this, and any one of the reflected signal, the reflection coefficient, and the voltage standing wave ratio is detected. It may be.
また、上述した各実施の形態では、適応制御部が、反射電力検出部により検出された値が小さくなり、または、受信電力検出部により検出された値が大きくなるように可変容量素子を適応制御する際、複数のアンテナ素子のうちいずれかについて適応制御処理を完了し、そのときの制御情報に対応する他の制御情報を記憶部から読み出し、読み出した制御情報を用いて、他のアンテナ素子の可変容量素子を適応制御すると説明したが、本発明はこれに限らず、広く、記憶部に記憶された制御情報を用いて、インピーダンス整合状態となるように可変容量素子を適応制御することを含むものである。 In each of the above-described embodiments, the adaptive control unit adaptively controls the variable capacitance element so that the value detected by the reflected power detection unit becomes smaller or the value detected by the received power detection unit becomes larger. In this case, the adaptive control process is completed for any one of the plurality of antenna elements, other control information corresponding to the control information at that time is read from the storage unit, and the read control information is used to Although it has been described that the variable capacitance element is adaptively controlled, the present invention is not limited to this, and broadly includes adaptive control of the variable capacitance element so as to be in an impedance matching state using control information stored in the storage unit. It is a waste.
本発明にかかるアンテナ整合装置は、携帯電話等に搭載されるアンテナ装置が、人体近接時に生じるインピーダンスの不整合を短時間で解消し、インピーダンスの不整合による電力損失を低減するという効果を有し、携帯電話機等の無線通信装置に適用できる。 The antenna matching device according to the present invention has an effect that an antenna device mounted on a mobile phone or the like eliminates impedance mismatch occurring in the vicinity of a human body in a short time and reduces power loss due to impedance mismatch. It can be applied to wireless communication devices such as mobile phones.
101、101a 無線送信部
102、102a 反射電力検出部
103、103a 受信電力検出部
104、104a 無線受信部
105、603、702 適応制御部
106、601、701 記憶部
501 アイドルスロット
502 受信スロット
503 送信スロット
602 入力部
801〜804 容量切替部
101, 101a
Claims (10)
前記アンテナ素子にそれぞれ接続され、インピーダンスの調整を行う整合手段と、
前記アンテナ素子に給電したときに反射される信号、反射係数、電圧定在波比のうちいずれかを検出する第1検出手段と、
前記アンテナ素子で受信された信号を検出する第2検出手段と、
前記整合手段の制御情報を人体とアンテナ素子との距離に対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された制御情報を用いて、インピーダンス整合状態となるように前記整合手段を適応制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするアンテナ整合装置。 A plurality of antenna elements;
A matching means connected to each of the antenna elements for adjusting impedance;
First detection means for detecting one of a signal reflected when power is supplied to the antenna element, a reflection coefficient, and a voltage standing wave ratio;
Second detection means for detecting a signal received by the antenna element;
Storage means for storing the control information of the matching means in association with the distance between the human body and the antenna element;
Control means for adaptively controlling the matching means so as to be in an impedance matching state using the control information stored in the storage means;
An antenna matching apparatus comprising:
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されたいずれかの制御情報を初期制御情報として適応制御処理を開始することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアンテナ整合装置。 The storage means stores in advance control information that is in an impedance matching state when the antenna element is close to the human body, and control information that is in an impedance matching state when the antenna element is not close to the human body,
4. The antenna matching apparatus according to claim 1, wherein the control unit starts adaptive control processing using any control information stored in the storage unit as initial control information. 5.
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